上海科元工程技术有限公司 上海 200438
摘要：超高层建筑是科学技术与市场经济共同发展的产物，随着我国城市化进程不断深入，土地资源呈现越来越紧张的趋势，人口不断向城市聚集，促使城市建设当中不断涌现出超高层建筑。高超层建筑要确保其经济性与功能性实现最大化，需要对其结构设计高度重视。因此，本文以上海地区某高层建筑为例，对其结构设计进行深入分析。
关键词：超高层建筑；结构设计；地基
前言
上海是我国重点经济城市，在其快速发展过程中，涌现出越来越多的超高层建筑。超高层建筑对技术要求非常高，因此，要重点关注其结构设计。本文通过介绍该超高层建筑的工程概况，对其建筑上部结构的选型以及布置进行简单分析，并研究其建筑地基与基础，以确保其具备良好的工作性能，并能达到抗震目标要求。
一、工程概况
该超高层建筑位于上海市，工程不仅包含一栋超高层的建筑，还有一部分裙房。工程当中的超高层建筑主楼在地面上部有56层，总建筑高度达到280米，其中结构高度有250米，地上的建筑面积达到167949㎡，其中平面尺寸是54m×54m，核心筒的尺寸是28m×30m，柱距为9米。在超高层建筑的东侧有5层且高度是24.6m的裙房，裙房建筑总面积为7859㎡。裙房紧靠主楼进行建设，中间没有进行缝隙的设计。建筑的地下设计有三层，地下1层主要是商业用房、设备用房以及后勤用房，地下2层与地下3层为小部分设备用房与大部分车库。地下的建筑面积是27550平方米[1]。图1为标准层建筑的平面图。
本超高层建筑所在的地理位置的抗震设防烈度是7度（0.10g），设计的地震分组为第一组，且场地的类别属于Ⅳ类，阻尼比是0.04，场地的特征周期是0.9秒，水平地震的影响系数其最大值是0.08。该建筑所在地五十年一遇的基本风压是0.55kN/㎡，百年一遇的基本风压为0.60kN/㎡，地面的粗糙度根据相关标准归其类别是C类[2]。
图1 标准层建筑平面图
二、建筑上部结构选型与布置
以该建筑的平面布置为依据，按照框架-核心筒为结构体系，同时选择钢梁、型钢混凝土柱以及钢筋混凝土核心筒。针对超高层的建筑，如果选择框架-核心筒这样的结构体系，一般当核心筒相应的围合面积占到结构平面面积大约25%的水平的时候，要促使结构抗侧的刚度能够有效增加，需要进行加强层的增加设置。但是此超高层建筑项目的核心筒其面积上升达到了28%的结构平面相应的面积，此时就不需要在额外进行加强层的设置[3]。
对于框架的柱截面，其中柱的尺寸是1.4m×1.2米，角柱的尺寸是1.2m×1.2m，其中使用的混凝土要求其强度等级都要达到C70级别，并选择Q345GJ的钢骨，并确保其含钢量能够达到4.5%左右。需要注意的是，在进行混凝土和框架柱使用设计过程中，随着建筑高度不断增加，框架柱的截面要越来越小，且混凝度的强度等级也要越来越低，建筑顶部的中柱尺寸为1.0m×0.9m，角柱的尺寸为0.9m×0.9m，此时要求混凝土的强度等级要达到C50级别，并同样选择Q345GJ的钢骨，且确保其含钢率能够达到4.5%左右[4]。
对于核心筒的钢筋混凝土其剪力墙相应的截面设计当中，要求底层外部的墙体厚度要达到1100毫米，内部墙体的厚度要达到500毫米，此时要求混凝土的强度等级要达到C60级别。注意剪力墙相应的厚度要随着建筑高度不断增加，厚度要保持逐渐较小的趋势，在其顶层的外部墙厚度要达到500毫米，内部的墙厚度要达到300毫米，此处使用的混凝土要求其强度等级要达到C40级别。
建筑上部结构体系的组成可见图3，标准层的结构平面布置图可见图4。
图3 塔楼标准层结构平面布置图
三、建筑的地基与基础
1、工程地质资料
根据工程所处地区的地质勘探报告，该建筑的场地地形相对比较平坦，同时相应场地的所处位置区域其地壳稳定性属于较稳定区，在此超高层建筑的周围没有能够对建筑场地的整体稳定性产生影响的相关不良地质，也不会受到不良地质对其产生的负面影响，在场地附近也不存在潜在的隐性地质灾害，地质环境适合进行本项目的建设。建设的场地其地基土达到8度的时候也不会有地震液化的情况发生，属于对建筑实现抗震一般的地段[5]。
本工程在进行地质勘探的时候，钻孔位置地面的绝对标高为40.69~42.89m。在勘探过程中，最深钻孔深度达到53m。
2、建筑基础方案
在纯地下室与主楼之间要进行沉降缝的设置，为了主楼以及裙房两者任何一方有沉降差异出现，都不会对另一方产生影响，因此，要利用混凝土促使两者之间地下室在侧壁的作用下实现有效隔离。不过这种方案会导致地下室在使用过程中不够方面，且利用率降低，比如车位存在减少现象，且组织交通会出现一定的困难，相应的也会提高工程造价。
如果在主楼与裙楼之间不进行沉降缝的设置，那么地下室将会保持良好的整体性，造价也会更加科学合理，而上部结构与基础之间也会因为存在沉降差异而导致发生次应力会比较大。经过科学的研究与计算，针对本建筑的基础方案决定在建筑主楼的地下车库当中进行沉降后浇带的设置，而在地下室的顶板选择厚板进行建筑，同时确保地下室侧向相关的刚度要高于地上一层至少两倍，促使上部的结构相应嵌固端能够达到相关要求[6]。
3、地基基础设计
地基基础主要选择钢筋混凝土进行灌注桩，在主楼的设计范围之内进行承压桩的设计，并将桩径设计为850毫米，一共实现147根承压柱的建设，设计单桩的抗压承载力相应的设计值是6300KN，并使用C35级别的水下混凝土进行桩的灌注，保证桩的长度达到52m，并要求桩的低端能够进入到持力层。进行地下室的抗拔桩设计当中，要求桩的直径要达到600毫米，桩的长度要达到34m，确保此时单桩的抗拔承载力其设计值为1300KN，设计其抗压承载力的值达到2100KN，一共实现654根单桩设计。确保主楼其基础底板厚度能够达到2300毫米，同时要求纯地下室的范围内底板的厚度达到1000毫米。并要通过JCCAD实现在沉降分析当中的计算[7]。
工程地下室的底板主要是微风化的泥质粉砂岩，这类岩石的天然湿度相应单桩其抗压强度大于或者等于15MPA，所以，此处的墙柱基础选择使用柱下的独立基础，此时独立基础相应的持力层属于微风化的泥质粉砂岩，这样就要求建筑地基相应承载力的特征值要大于或者等于3500kPa。对于柱下的独立基础，设计其尺寸长×宽×高范围在3.9×3.0×7.6~4.4×7.7×8.9 ，核心筒相应的独立基础设计中，要求其厚度要达到3m，对于地下室的纯地下室相关部分，要求其柱要直接放在地下室当中的底板上面，此时对底板厚度也要相应的要求，要确保其厚度要达到1.5,m。由于纯地下室的部分其自身的结构自重难以实现水浮力的相对平衡，因此要通过利用抗拔锚杆来实现对浮力的抵抗。
本超高层建筑的地下室为3层，-2层的楼板主要使用宽扁梁进行建设，而-1层地下室的楼板主要采取无梁楼盖进行建设，对于首层来说，由于室内和室外存在一定的高差，并且具有嵌固端，而嵌固端还是属于建筑结构的一部分，所以此处要使用普通的梁板式结构来实现建筑设计。对于地下室的层高，-1层与-2层的层高设计为3.3米，而-3层的层高设计为3.5米。在这部分的设计当中，通过确定其为板梁方式的楼该体系，可以有效的促使基坑具实际的开挖深度可以减少，同时土方的开挖量也能有效降低，可以促使施工的工期实现有效缩短，并使工程造价直接减少。
由于工程建筑地下室的面积相对比较大，同时在底板有抗拔桩以及承压桩的布置，对底板的有效收缩产生了一定的约束作用，这样比较容易有裂缝产生。针对这种问题，建设设计当中运用多种有效措施来对不均匀的沉降问题进行解决，并对结构超长收缩相关问题进行有效解决。对于地下室存在沉降不均匀现象，要有效解决这方面问题，首先要对沉降差进行科学的计算，其次要沿着主楼附近实现沉降后浇带的增加设置，在主楼实现封顶之后对其进行封闭，以免由于主楼自身带有的自重，导致沉降差发生，进而造成附加的应力产生，进行这样的设计之后可以有效促使配筋率实现提高，并对后期强大的荷载提高抵抗力，且对由于荷载引发的相关附加应力进行抵抗。对于底板配筋的设计，要求在配筋上部的双向三级钢其直径为 32@150，下部四排的双向的三级钢要求其直径要达到 32@150，在厚板中间的位置上增加设置一层双向的三级钢，并要求其直径为 20@150。针对地下室长度过长的问题，可以通过进行收缩后浇带的设置实现，同时要确保收缩后浇带其设置数量要是多条的，对于通长的钢筋要适当加大其配筋率，同时要积极采取有效措施进行日常养护[8]。
四、总结
在进行超高层建筑相应的结构设计当中，建筑上部的结构选型以及布置和建筑的地基与基础至关重要。随着超高层建筑建设的越来越多，需要对其中涉及的重点问题进行有效分析，并在设计当中着重注意，实现科学合理的设计，在后期进行施工的时候才能更加顺利与成功，同时保障相关工程能够具有最大化的经济性与功能性。
参考文献：
[1]花晶.上海某框架核心筒结构高层建筑结构设计分析[J].城市建筑,2016(24):69-69.
[2]李学涛.上海浦东某高层商业建筑超限分析与结构设计[J].城市建筑,2016(5):78-80.
[3]俞挺,陈超超.高层建筑结构设计分析[J].工程建设与设计,2017(15):49-50.
[4]何维维.浅谈我国高层建筑结构设计的问题与分析[J].建筑工程技术与设计,2016(14).112-112.
[5]刘志春.某高层建筑结构设计实例分析[J].福建建材,2016(4):19-21.
[6]游宝莲.关于现阶段高层建筑结构设计的分析[J].门窗,2016(12):142-142.
[7]钟林杭.某超限高层建筑结构设计与弹塑性分析[J].福建建筑,2017(6):84-87.
[8]蔡骄.高层建筑框架结构设计问题的分析与处理[J].价值工程,2017,36(26):139-140.
作者简介：张秋雪，(1976.11-),女，汉族，山东枣庄人，本科学历，建筑工程专业，中级工程师职称，从事建筑设计近二十年，独立或参与过众多大型设计项目。
论文作者:张秋雪
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/26
标签：建筑论文; 地下室论文; 高层建筑论文; 主楼论文; 结构论文; 结构设计论文; 厚度论文; 《建筑学研究前沿》2017年第33期论文;